การใช้เทคนิคการตรวจสอบรอยร้าวท่อส่งพลังงาน โดยใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ (ACFM)

การตรวจสอบรอยร้าวโดยไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current Field Measurement: ACFM) เป็นการตรวจสอบแบบไม่ทำลายหรือที่เรียกว่า ‘NDT Inspection’ ซึ่งการตรวจสอบดังกล่าวนี้ เป็นการใช้แม่เหล็กไฟฟ้าตรวจหาตำแหน่งรอยแตกร้าวของท่อส่งพลังงานที่มีการเคลือบพื้นผิวของโลหะได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ รวมไปถึงการตรวจจับการแตกร้าวของท่อส่งน้ำและอ่างเก็บน้ำ

โดย ACFM เป็นเทคนิคการใช้งานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อตรวจจับและปรับขนาดของข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นจากการทำลายบนพื้นผิวโลหะ และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบโครงสร้างที่ทาสีและ/หรือรอยต่อ โดยระบบการตรวจสอบด้วยเทคโนโลยี ACFM อันทันสมัยจะประกอบด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบแอนะล็อกที่มีสัญญาณรบกวนต่ำควบคู่ไปกับระบบควบคุมภายในและซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการวิเคราะห์ใช้งานง่าย อีกทั้ง ระบบ ACFM ได้รับการพัฒนาขึ้นสำหรับการใช้งานด้านบนและด้านใต้ทะเล

จุดเด่นของ ACFM ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเทคนิคการตรวจสอบ แบบดั้งเดิมหรือการทดสอบ ‘Eddy Current’ คือ ความสามารถในการตรวจจับข้อบกพร่องผ่านการเคลือบพื้นที่ผิวของโลหะหลายมิลลิเมตร ซึ่งหมายความว่าสีหรือสารเคลือบผิวโลหะเพื่อป้องกันอื่นๆ ไม่จำเป็นต้องขัดหรือถอดออกไปจากสภาพพื้นผิวแต่เดิมปกติ เทคนิคการตรวจสอบสามารถทำงานได้ดีกับวัสดุธรรมดาหรือโลหะที่มีรอยเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติกหรือแม้กระทั่งเหล็กในกลุ่ม Non-Ferritic และสามารถตรวจสอบชิ้นส่วนที่เป็นแม่เหล็กและที่ไม่ใช่แม่เหล็กได้ด้วย แสดงข้อมูลความลึกและความยาวของข้อบกพร่องที่ความลึก 25 มม. (1 “) สามารถปรับขนาดได้อย่างแม่นยำโดยข้อมูลทั้งหมดถูกเก็บไว้ เพื่อวัตถุประสงค์ในการสำรองข้อมูลการตรวจสอบหรือการทบทวน มีต้นทุนและค่าใช้จ่ายต่ำมาก เนื่องจากไม่ต้องเสียสารเคมีเพื่อทำความสะอาดผิวท่อก่อนการทดสอบทุกครั้ง มีแอปพลิเคชันมากมาย และสามารถพกพานำไปใช้งานในสภาพใต้น้ำทะเลได้ สามารถตรวจสอบการแตกร้าวของท่อในรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน โดยที่หัววัดมาตรฐานและเทคนิค NDT แบบอื่นๆ จะไม่ทำงาน

สแกนเนอร์หรือชุดหัววัดตรวจจับอนุภาคแม่เหล็ก (Magnetic Particle Inspection: MPI) จะถูกวางลงบนพื้นผิวที่จะตรวจสอบส่งผลให้กระแสไฟฟ้ากระแสสลับจะเกิดขึ้นในผิว

หากพบว่าไม่มีข้อบกพร่องเกิดขึ้นนั้น กระแสไฟฟ้าสลับจะก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอเหนือพื้นผิว

หากมีข้อบกพร่องใดๆ นั้น การทำงานของกระแสไฟฟ้าที่ไหลอยู่รอบๆ ท่อภายใต้เงื่อนไขการเสียหายหรือข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นกับท่อจะส่งผลทำให้สนามแม่เหล็กไม่มีความสม่ำเสมอ

ทั้งนี้ สามารถตรวจวัดความแตกต่างที่เกิดขึ้นด้วยเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งในชุดหัววัดและทดสอบ ACFM โดยผลลัพธ์ที่ได้จากการวัดและทดสอบ มี 2 ประการหลักๆ คือ

ประการที่ 1: การแสดงถึงข้อมูลเกี่ยวกับความลึกหรืออัตราส่วนของข้อบกพร่อง

ประการที่ 2: การแสดงถึงข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งของปลายท่อ เพื่อบอกข้อมูลของตำแหน่งและความยาวของจุดที่ชำรุดการแสดง

ผลทั้ง 2 กรณี จะถูกใช้งานร่วมกัน เพื่อยืนยันการแสดงถึงข้อบกพร่องและความเสียหายที่เกิดขึ้นกับท่อส่งพลังงานพร้อมกับอัลกอริทึมการปรับขนาดการวัด เช่น ความยาวและความลึกในแต่ละครั้งของการตรวจสอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ACFM เป็นเทคนิคการใช้งานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อตรวจจับและปรับขนาดของข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้น จากการทำลายบนพื้นผิวโลหะและเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบโครงสร้างที่ทาสีและ/หรือรอยต่อ

พื้นฐานการทดสอบรอยร้าวด้วยเทคนิค ACFM

หลักการพื้นฐานของการตรวจสอบรอยร้าวของท่อที่เกิดการเสียหายไม่ว่าด้วยกรณีใดๆ จะอาศัยหลักการกำเนิดเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเกิดจากขดลวดเหนี่ยวนำในการป้อนสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับที่มีขนาดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า ณ ความถี่คงที่ค่าหนึ่งเข้าไปในขดลวด

การเกิดสนามพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้ารอบๆ ขดลวดที่ประกอบไปด้วยเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งตัดเส้นแรงไฟฟ้ากระแสสลับในทิศทางที่ตั้งฉากกัน 90 องศา และการเดินทางของเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีรูปแบบคงที่ที่ค่าใดค่าหนึ่งดังรูปที่ 2.(A)

เมื่อเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ตัดผ่านรอยแตกร้าวของท่อเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกิดการเปลี่ยนแปลง โดยรูปแบบการเดินทางของเส้นแรงแม่เหล็กที่แตกต่างกันออกไปตามแต่กรณีของความเสียหายที่เกิดขึ้นเป็นจำนวนมากหรือน้อยไปจากท่อที่ใช้งานปกติ สังเกตการเปลี่ยนแปลงรูปทรงของเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าได้จากรูปที่ 2.(B)

เปรียบเทียบรูปแบบการเปลี่ยนแปลงเส้นทางของเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านที่ขนานและตั้งฉากไปกับแนวแตกร้าวของท่อในพิกัดแกน X กับแกน Z (BX – BZ) ดังรูปที่ 3. (A),(B) ซึ่งการทดสอบสามารถหาค่าเวลาการเปลี่ยนแปลงของเส้นแรงไฟฟ้าที่เกิดขึ้น (พิกัดแกน X) ในหนึ่งไซเคิลของสัญญาณคลื่นเปรียบเทียบกับพิกัดแกน Z แสดง ดังรูปที่ 4.

การประยุกต์ใช้งานด้านอุตสาหกรรม: อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ รวมทั้งแพลตฟอร์มด้านการใช้งานบนบกและใต้น้ำ โรงกลั่น โรงงานแปรรูปท่อก๊าซและการเชื่อมต่อแบบเกลียว โครงสร้างทางวิศวกรรมโยธา เช่น เครนสะพานและเหล็กโครงสร้าง การจัดส่งสินค้ารวมถึงถังแก๊ส LPG ถังอับเฉา (Ballast Tank) โดยใช้เป็นส่วนของท้องเรือหรือส่วนของฐานทุ่นลอยที่ออกแบบไว้ให้สูบน้ำเข้าออกได้ เพื่อปรับจุดศูนย์ถ่วงให้เรือหรือทุ่นนั้นสามารถทรงตัวได้ดีขึ้น อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ รวมทั้งถังเก็บของเสียและเรือปฏิกรณ์อุตสาหกรรมรถไฟ รวมทั้งหัวรถพ่วง เพลาชุดล้อและราง การผลิตกระแสไฟฟ้า รวมทั้งเตาเผา กังหันและท่อ สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงในช่วง 400-500 องศาเซลเซียส จัดทำบันทึกผลการตรวจประเมินอย่างต่อเนื่องและการวิเคราะห์แบบออฟไลน์ ช่วยให้สามารถใช้ระบบอัตโนมัติในระดับสูงทำให้ระบบมีความเป็นอิสระจากผู้ใช้เป็นอย่างมาก ให้บริการสำหรับการรายงานตามเวลาจริง และการประเมินผลข้อบกพร่องได้ทันที โดยวิศวกรสามารถตัดสินใจในพื้นที่ ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อการดำเนินงานของโรงงานได้อย่างรวดเร็ว

นอกจากนี้ ‘ACFM® NodeScanner ™’ ได้รับการออกแบบพัฒนาและสร้างโดยวิศวกร TSC เพื่อทำงานควบคู่กับ ROVs ในการใช้งาน ACFM® Array Probes ของ TSC เพื่อตรวจสอบพื้นที่ที่ยากต่อการเข้าถึงและรูปทรงที่ซับซ้อนภายใต้ท้องทะเลลึกซึ่งชุดสแกนเนอร์ที่ตรวจสอบรอยแตกร้าวสามารถยึดได้อย่างอิสระ โดยไม่ลื่นไถลหรือต้องปรับตำแหน่งอย่างต่อเนื่องในระหว่างการใช้งาน เมื่อใช้งาน ROV จะแยกอิสระออกจากชุดสแกนเนอร์ ชุดสแกนเนอร์มีกลไกมอเตอร์จำนวน 3 ชุด ซึ่งช่วยให้ชุดหัววัดสแกนเนอร์สามารถตรวจสอบรอยเชื่อมที่จะตรวจสอบอย่างแม่นยำ การปรับตำแหน่งสามารถทำได้ทั้งแบบขนานและตามขวางเพื่อให้สามารถตรวจสอบพื้นที่ได้เต็มรูปแบบและมีประสิทธิภาพ

EXECUTIVE SUMMARY

Alternating Current Field Measurement: ACFM is considered as ‘NDT Inspection’, which uses electromagnetic to rapidly and accurately detect cracking spot of energy distribution pipes coated with metal, as well as the crack of water distribution pipes and reservoir. The advance inspection system with ACFM technology comprises of analog electronic devices with low noise along with internal control system unit and user friendly software, while ACFM system has been developed for the use either above or below the sea level.

---

Source:

• รูปที่ (1) http://pine-environmental.com/product/instruments/tsc_amigo_acfm_system
• รูปที่ (2),(3),(4): https://www.researchgate.net/profile/Xinan_Yuan/publication/291554367/figure/fig1/ AS:384013559713793@1468567375647/Fig-1-Perturbations-of-electric-field-and-magnetic-field-arounda-crack-and-ACFM.ppm